陶瓷超濾膜處理油田采出水工藝參數的優(yōu)化

李海燕

摘 要：通過生產型試驗研究，獲得了一組適用于油田采出水陶瓷膜超濾處理的工藝參數，關鍵參數在于膜表面流速與排污比例，此外開發(fā)了非接觸壓縮空氣驅動反沖洗配套技術。經三年連續(xù)運行，驗證了相關工藝參數與配套技術的可行性。

關鍵詞：采出水；陶瓷膜；超濾；參數

中圖分類號：TQ028 文獻標識碼：A

國內油田已經普遍進入二次、三次采油階段，采出水回注標準日益嚴格，已超過常規(guī)方法處理的極限。油田采出水通常高含油、高粘度、高鹽度、高溫度、易結垢，懸浮物粒徑小、水化嚴重、分離困難。采用陶瓷超濾膜處理采出水，可滿足目前最嚴格的“5.1.1”標準（含油量5mg/L、懸浮物1mg/L、懸浮物粒徑中值1μm）。由于采出水性質特殊，工業(yè)用水深度處理、發(fā)酵或化工液體提純分離或機加工廢液濃縮場合選取的常見工藝參數無法直接運用于油田采出水超濾處理。經小試，初步獲得工藝參數范圍后，建成了一座處理能力600m?/d～800m?/d的半生產型陶瓷膜超濾實驗裝置，處理經沉降-過濾后達到8.3.2水平的原水，深入驗證工藝可行性并在生產中進一步優(yōu)化工藝參數。

1 流程概述

超濾膜有死端過濾與錯流過濾兩種工作方式。死端過濾適用于低固體含量的水處理，本項目原水固體含量雖然不超過3mg/L，但小試發(fā)現(xiàn)采用死端過濾方式后，膜表面通量下降過快且清洗困難，因此生產型實驗采用了錯流方式運行。為降低膜表面濃差極化效應，濃水大比例循環(huán)。工藝流程如圖1所示。

如圖1所示，從油田原工藝流程中引出8.3.2原水自流進入實驗側線的來水緩沖罐，經供水泵加壓輸入到二氧化鋯陶瓷超濾膜組。超濾出水依靠余壓自流到出水緩沖罐，經產水泵升壓后回到生產系統(tǒng)。濃水經循環(huán)泵加壓回輸到陶瓷膜組；部分濃水排放回到生產主線再次處理。

實驗側線運行能耗主要源于循環(huán)泵，理論能耗相當于循環(huán)流量與工作壓力的乘積。對于特定的管道阻力系統(tǒng)，工作壓力與流速或流量相關。因此工作參數重點考察循環(huán)流速u、排污比例η。

2 反沖洗方式與工藝參數優(yōu)化

采用錯流方式運行時，膜表面因濃差極化效應而形成凝膠層。通過反沖洗破壞凝膠層后可恢復通量。長期運行后，部分污染物在膜表面與膜內部孔道中形成垢層，可通過化學清洗恢復正常通量。

實驗裝置長期運行過程中發(fā)現(xiàn)，歷經多次反沖洗的陶瓷膜有效通量明顯下降，即使實施化學清洗也不易得到充分恢復。分析其原因，壓縮空氣與反沖洗用水在壓力作用下長期直接接觸，形成飽和溶液。反沖洗水注入至陶瓷膜內部孔道中，壓力逐漸降低，溶解性氣體處于超飽和狀態(tài)，在膜孔道內部釋放，形成“氣栓”堵塞膜內孔道，導致通量下降。

膜組反沖洗用水為超濾產出水，反沖洗過程需要大流量注水，但持續(xù)時間通常不超過90秒，為此研制開發(fā)出一種廉價、可靠的脈沖反沖洗方式。經改進，在反沖洗罐內設置氣動脈沖裝置，反沖洗罐內不存在壓縮空氣與反沖洗水的接觸界面。長期實驗運行后“氣栓”問題得到充分解決。

反洗前后流量變化曲線如圖2所示。

由圖2可見，反沖洗周期控制到60min，膜通量衰減可控制在10%以內；反沖洗后膜通量可恢復到99%以上。

3 超濾工作參數優(yōu)化

3.1 循環(huán)流量與流速。超濾膜處理采出水，有機物垢層生長速度高于無機物垢層，因此針對有機物垢層需要通過堿洗清除。提高流速可抑制有機物垢層生長速度。達到臨界流速后，有機物垢層生長速度趨于恒定。按膜通量衰減至起始膜通量的80%為基準，考察不同循環(huán)流量下對應的有效工作周期，流量達到850m3/h 以上區(qū)間，堿洗周期穩(wěn)定在150h～180h范圍內。該循環(huán)流量下對應的膜表面流速為4.9m/s。

3.2 排污比例。錯流方式下實施超濾，排污比例提高可降低對應的濃縮倍數，減少能耗，排出的濃水量越大，對應的濃縮倍數越小，工作壓力越低，能耗越小。但排出濃水量增加，將增加工作主線的處理負荷。因此實驗側線測試了多個不同的流量，以反洗后通量與測試初期相比下降5%為基準，考察最佳排污量。經過多次實驗排污量為8m?/h以上，工作周期大體穩(wěn)定。此時對應的排污比例為20%；原水回收率為80%。

結語

（1）陶瓷超濾膜用于油田采出水5.1.1標準深度處理工藝路線可行；（2）反沖洗方式宜采用非接觸方式；（3）工藝參數中，膜表面流速宜控制在4m/s～5m/s；（4）排污比例宜設定在20%左右。

參考文獻

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